의 값을 구하세요.
영어 원문 보기
Evaluate .
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
정답·풀이 보기
피적분함수는 와 비슷하다. 부정적분을 추측하기 위해 분모에서 를 묶어 내자:
원본 교재 풀이(영어)
The integrand is similar to . In order to formulate a guess for the antiderivative, let's factor out from the denominator:
문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 적분
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439문제 · 22 / 22쪽
의 값을 구하세요.
Evaluate .
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
피적분함수는 와 비슷하다. 부정적분을 추측하기 위해 분모에서 를 묶어 내자:
The integrand is similar to . In order to formulate a guess for the antiderivative, let's factor out from the denominator:
의 값을 구하세요.
Evaluate .
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
의 값을 구하세요.
Evaluate .
이 두 답은 서로 다르게 보인다. 항등식 을 이용하면 두 답이 같음을 알 수 있다.
여기서 은 중요하지 않다. 는 와 사이의 어떤 값이든 가질 수 있는 상수를 나타낸다는 것을 기억하자. 따라서 도 와 사이의 어떤 값이든 가질 수 있는 상수일 뿐이다. 우리가 구한 두 답은 상수만큼 차이가 나므로 서로 같다.
These two answers look different. Using the identity , we reconcile them:
The here is not significant. Remember that is used to designate a constant that can take any value between and . So is also just a constant that can take any value between and . As the two answers we found differ by a constant, they are equivalent.
의 값을 구하세요.
Evaluate .
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
어떤 함수의 도함수가 인지는 바로 알기 어렵지만, 항등식 를 이용하면 상황을 조금 더 분명하게 할 수 있다:
It's not immediately obvious which function has as its derivative, but we can make the situation a little clearer by using the identity :
만약
이면, 와 를 구하세요.
If
find and .
미적분의 기본정리 제1부에 의해,
따라서,
By the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,
So,
라고 하자. 가 증가하는 구간을 모두 구하세요.
Let . Find the interval(s) on which is increasing.
미적분의 기본정리 제1부분에 의해,
일 때마다 는 증가하고 은 항상 보다 엄밀하게 크므로, 가 증가하는 것은 일 때, 그리고 그때에 한한다. 이는 과 의 부호가 같을 때, 그리고 그때에 한해 성립한다. 이면 둘 다 양수이고 이면 둘 다 음수이다. 따라서 는 일 때와 일 때 증가한다.
참고: 미적분의 기본정리를 쓰지 않아도, 는 1부터 까지 곡선 아래의 넓이이므로, 곡선이 축 위에 있을 때는 (양의 넓이를 더하므로) 가 증가하고, 곡선이 축 아래에 있을 때는 (음의 넓이를 더하므로) 감소한다.
By the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,
As is increasing whenever and is always strictly bigger than , we have increasing if and only if , which is the case if and only if and are of the same sign. Both are positive when and both are negative when . So is increasing when and when .
Remark: even without the Fundamental Theorem of Calculus, since is the area under a curve from 1 to , is increasing when the curve is above the -axis (because we're adding positive area), and it's decreasing when the curve is below the -axis (because we're adding negative area).
일 때, 를 구하세요.
Find if .
의 양변에 를 적용하면, 미적분의 기본정리 제1부에 의해 이다.
Applying to both sides of gives, by the Fundamental Theorem of Calculus Part 1, .
가 연속함수이고 일 때, 를 구하세요.
If where is a continuous function, find .
의 양변에 를 적용한다. 그러면 미적분의 기본정리 제1부에 의해
Apply to both sides of . Then, by the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,
로 달리는 자동차가 시각 에 브레이크를 밟는다. 속도( 단위)는 식 에 따라 감소한다. 자동차가 멈출 때까지 얼마나 멀리 가는지 구하세요.
A car traveling at applies its brakes at time , its velocity (in ) decreasing according to the formula . How far does the car go before it stops?
일 때 자동차가 멈추며, 이는 시각 일 때이다. 그 시각까지 이동한 거리는
The car stops when , which occurs at time . The distance covered up to that time is
라 하자.
(a) 도함수 의 식을 구하세요. (식에 적분 기호가 포함되어도 됩니다.) (b) 의 그래프 위의 에서의 접선의 방정식을 구하세요.
Define .
(a) Find a formula for the derivative . (Your formula may include an integral sign.) (b) Find the equation of the tangent line to the graph of at .
(a) 곱의 미분법, 합성함수의 미분법, 미적분학의 기본정리 제1부를 차례로 이용하면,
(b) 일반적으로 의 그래프 위의 에서의 접선의 방정식은
이다. 주어진 와 을 대입하면 다음과 같다.
(a) Using the product rule, followed by the chain rule, followed by the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,
(b) In general, the equation of the tangent line to the graph of at is
Substituting in the given and :
두 학생이 어떤 함수 에 대하여 를 계산한다.
누가 올바른 답을 얻었는지 구하세요.
Two students calculate for some function .
Who ended up with the correct answer?
“”는 함수에 임의의 상수를 더할 수 있다는 뜻임을 기억하자. 이므로 학생 A와 학생 B의 답은 서로 같은 답이다. 두 답은 상수만큼만 다르다.
따라서 한 학생이 맞으면 두 학생 모두 맞고, 한 학생이 틀리면 두 학생 모두 틀리다. 학생 A의 풀이를 확인하면 다음과 같다. 따라서 학생 A의 답은 실제로 의 원시함수이다. 그러므로 두 학생 모두 올바른 답을 얻었다.
참고: 서로 같은 답이 꽤 다르게 보이는 일은 자주 있다. 자신의 풀이를 다른 사람의 풀이와 비교할 때 이 점을 기억해 두면 좋다!
Recall that “" means that we can add any constant to the function. Since , Students A and B have equivalent answers: they only differ by a constant.
So, if one is right, both are right; if one is wrong, both are wrong. We check Student A's work: So, Student A's answer is indeed an anditerivative of . Therefore, both students ended up with the correct answer.
Remark: it is a frequent occurrence that equivalent answers might look quite different. As you are comparing your work to others', this is a good thing to keep in mind!
라 하자.
(a) 의 값을 구하세요. (b) 는 무엇인지 구하세요.
Let .
(a) Evaluate . (b) What is ?
(a) 일 때,
(b) 적분이 에 대한 것이므로 항은 적분 밖으로 꺼낼 수 있다. 즉, 적분을 할 때에는 이 상수이다(미분을 할 때에는 분명히 상수가 아니지만).
참고: 이 문제에서 와 는 서로 다른 역할을 하므로 서로 다른 이름을 쓰는 것이 매우 중요하다. 이것이 를 뜻하면서 라고 쓰는 흔한 실수를 피해야 하는 이유 중 하나이다.
(a) When ,
(b) Since the integration is with respect to , the term can be moved outside the integral. That is: for the purposes of the integral, is a constant (although for the purposes of the derivative, it certainly is not).
Remark: Since and play different roles in our problem, it's crucial that they have different names. This is one reason why we should avoid the common mistake of writing when we mean .
장난감 로켓을 바람이 없는 날 지면에서 수직으로 발사한다. 시각 (초)에서 로켓의 수직 속도는 피트/초로 주어진다.
(a) 로켓을 발사한 후 몇 초일 때 로켓의 속도가 0이 되는지 구하세요. 이 시각을 라 하세요. 일 때 로켓에 어떤 일이 일어나는지 설명하세요. (b) 구간 에서 와 축으로 둘러싸인 부분의 전체 넓이의 값을 구하세요. 이 넓이는 문제의 물리적 상황에서 무엇을 나타내는지 설명하세요. (c) 함수 의 부정적분 를 구하세요. 즉, 를 만족시키는 함수 를 구하세요. (d) 의 값을 구하세요. 이 값은 문제의 물리적 상황에서 무엇을 나타내는지 설명하세요. (e) 의 값을 구하세요. 이 값은 로켓의 비행에 대해 무엇을 알려 주는지 설명하세요.
A toy rocket is launched vertically from the ground on a day with no wind. The rocket's vertical velocity at time (in seconds) is given by feet/sec.
(a) At what time after the rocket is launched does the rocket's velocity equal zero? Call this time value . What happens to the rocket at ? (b) Find the value of the total area enclosed by and the -axis on the interval . What does this area represent in terms of the physical setting of the problem? (c) Find an antiderivative of the function . That is, find a function such that . (d) Compute the value of . What does this number represent in terms of the physical setting of the problem? (e) Compute . What does this number tell you about the rocket's flight?
(a) 으로 놓으면 이므로 이다. 이 시각은 로켓의 속도가 양에서 음으로 바뀌는 때이고, 따라서 로켓의 위치가 증가에서 감소로 바뀌는 지점, 즉 로켓이 최고 높이에 도달하는 때이다. (b) 구간 에서 는 두 점 과 을 잇는 구간에서 값이 양인 일차함수이므로, 속도 함수와 축으로 둘러싸인 영역은 수직인 변의 길이가 , 수평인 변의 길이가 인 직각삼각형이다. 이 삼각형의 넓이는 이다. 이것은 속도 곡선 아래의 넓이이고(속도가 양인 구간이므로) 시간 구간 에서 로켓이 수직으로 이동한 거리를 나타낸다. (c) 도함수가 인 함수의 하나는 이다. (d) (c)의 결과를 이용하면 이다. 따라서 에서 로켓의 위치 변화량은 피트이며, 이 구간 내내 속도가 양이므로 이는 로켓이 이 시간 구간 동안 수직으로 이동한 거리이기도 하다. (e) 이므로, 로켓은 에서 까지 초 동안 피트 상승했음을 알 수 있다.
(a) Setting , we find , and thus . This is the time that the rocket's velocity changes from positive to negative, and thus the point when the rocket's position changes from increasing to decreasing: it's when the rocket reaches its maximum height. (b) Since is a positive linear function that connects the points and on the interval , the region enclosed by the velocity function and the -axis is a right triangle with vertical leg of length and horizontal leg of length . The area of this triangle is . Because this is the area under the velocity curve (where velocity is positive) this area represents the vertical distance traveled by the rocket on the time interval . (c) One function that has derivative is . (d) Using our result in (c), . Thus, the change of the rocket's position on is feet, which is also the distance the rocket traveled vertically on the time interval, since velocity is positive throughout. (e) We find that , which tells us that the rocket rose feet on the -second interval from to .
정수 처리장의 필터는 시간이 지날수록 더 더러워져 효과가 떨어지므로 30일마다 교체합니다. 30일 동안 필터를 통과해 근처 호수로 흘러드는 오염 물질의 속도(하루당 입자상 물질의 단위 수)를 6일마다 측정하여 다음 표로 나타냈습니다. 시간 는 필터를 교체한 뒤 지난 날수입니다.
정수 필터의 오염 자료.
| 날짜, | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 하루당 오염 속도(단위/일), |
(a) 가로축을 시간, 세로축을 오염 속도로 하여 주어진 자료를 좌표평면에 나타내세요. (b) 이 30일 동안 호수로 흘러든 오염의 양이 시간 구간 에서 와 축으로 둘러싸인 부분의 넓이와 정확히 같은 이유를 설명하세요. (c) 이 30일 동안 호수로 흘러든 오염의 총량을 어림하세요. 어림값을 어떻게 구했는지 자세히 설명하세요.
Filters at a water treatment plant become dirtier over time and thus become less effective; they are replaced every 30 days. During one 30-day period, the rate at which pollution passes through the filters into a nearby lake (in units of particulate matter per day) is measured every 6 days and is given in the following table. The time is measured in days since the filters were replaced.
Pollution data for the water filters.
| Day, | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Rate of pollution in units per day, |
(a) Plot the given data on a set of axes with time on the horizontal axis and the rate of pollution on the vertical axis. (b) Explain why the amount of pollution that entered the lake during this 30-day period would be given exactly by the area bounded by and the -axis on the time interval . (c) Estimate the total amount of pollution entering the lake during this 30-day period. Carefully explain how you determined your estimate.
(a) 아래 그림을 보면 시간이 지남에 따라 오염 속도가 증가하는 비율로 증가하는 것으로 보인다.
(b) 오염 속도가 거의 상수인 구간을 생각하고 그 구간의 너비가 라 하면, 그 구간에서 곡선 아래의 넓이는 너비가 이고 높이가 그 구간의 오염 속도 인 직사각형의 넓이와 거의 같다. 넓이를 구하기 위해 곱 를 계산할 때 관련된 단위는 “하루당 오염 단위”와 “일”의 곱이므로, 전체 단위는 “오염 단위”가 된다. 따라서 곡선 아래의 넓이는 시간 구간 동안 배출된 오염의 총량을 나타낸다.
(c) 오염의 총량을 어림하는 한 가지 방법은 각 구간 , , 에서 오염 속도가 상수라고 가정하는 것이다. 예를 들어 에서는 속도가 항상 하루당 단위이고, 에서는 하루당 단위로 뛰어오르며, 이후도 같은 식이라고 가정할 수 있다. 이렇게 하고 (b)에서 논의한 생각을 이용하면, 오염의 총량 의 한 어림값은
오염 단위이다. 예를 들어 을 계산하는 것은 처리장이 6일 동안 하루에 단위의 오염을 배출한다고 가정한 것이므로, 구간 에서 배출된 오염의 총량의 어림값을 나타낸다. 오염 속도가 계속 증가하는데 각 구간에서 그 속도의 가장 낮은 값을 택했으므로, 이 어림값은 오염의 총량보다 작은 과소 어림값임이 분명하다.
(a) The plot below shows that the rate of pollution appears to be increasing at an increasing rate as time goes on.
(b) If we think about an interval on which the rate of pollution is relatively constant and suppose the interval is wide, then the area under the curve on that interval is approximately the area of the rectangle whose width is and whose height is , the polution rate on that interval. When we compute the product to find the area, the units involved are “units of pollution per day” times “days”, which results in an overall unit of “units of pollution”. Thus, the area under the curve tells us the total pollution emitted over the time interval .
(c) One way to estimate the total amount of pollution is to suppose the rate of pollution is constant on each of the intervals , , . For instance, we could assume the rate on is always units per day, and then the rate jumps to units per day on , and so on. Doing so, and using the ideas we discussed in (b), one estimate for the total pollution, , is
total units of pollution. Note, for example, that when we compute this represents an estimate of the total amount of pollution emitted on the interval since we are assuming the plant emits units of pollution per day for 6 days. It is apparent that this particular estimate is an underestimate of the total amount of pollution since the rate is always increasing but we are choosing the lowest value of that rate on a given interval.
움직이는 물체의 속도가 (단위: 피트/초)로 주어지고, 이 함수는 에서 성립한다고 하자.
(a) 구간 에서 물체의 위치 변화량의 총합과 값이 같은, 정적분을 이용한 식을 쓰세요. (b) 적절한 도구(애플릿 등)를 사용하여 리만 합을 계산해 구간 에서 물체의 위치 변화량의 총합을 어림하세요. 어림값이 소수 둘째 자리까지 정확하도록 계산하고, 그렇다고 판단한 근거를 설명하세요. (c) 구간 에서 물체가 이동한 총 거리와 값이 같은, 정적분을 이용한 식을 쓰세요. (d) 적절한 도구를 사용하여 리만 합을 계산해 구간 에서 물체가 이동한 총 거리를 어림하세요. 어림값이 소수 둘째 자리까지 정확하도록 계산하고, 그렇다고 판단한 근거를 설명하세요. (e) 구간 에서 물체의 평균 속도를 소수 둘째 자리까지 정확하게 구하세요.
Suppose that the velocity of a moving object is given by , measured in feet per second, and that this function is valid for .
(a) Write an expression involving definite integrals whose value is the total change in position of the object on the interval . (b) Use appropriate technology (such as an applet) to compute Riemann sums to estimate the object's total change in position on . Work to ensure that your estimate is accurate to two decimal places, and explain how you know this to be the case. (c) Write an expression involving definite integrals whose value is the total distance traveled by the object on . (d) Use appropriate technology to compute Riemann sums to estimate the object's total distance travelled on . Work to ensure that your estimate is accurate to two decimal places, and explain how you know this to be the case. (e) What is the object's average velocity on , accurate to two decimal places?
(a) 인 때는 , , 이고, 구간 과 에서는 가 양수이며, 에서는 가 음수이다. 따라서 물체의 위치 변화량의 총합 는 다음과 같다. (b) 계산 도구를 이용하여 중점 규칙으로 위치 변화량의 총합 를 어림한다. , , , 을 얻는다. 소구간의 수를 늘려도 소수 첫째 자리와 둘째 자리가 변하지 않는 것으로 보이므로, 는 소수 둘째 자리까지 정확하다고 할 수 있다. (c) (a)에서 의 부호를 살펴보았다. 특히 에서 이므로 는 음의 위치 변화량을 준다. 따라서 이 구간에서 이동한 거리는 이고, 구간 에서 이동한 총 거리 는 다음과 같다. (d) 리만 합으로 를 어림하려면 세 정적분을 각각 어림해야 한다. 그 결과는 다음과 같다.
(a) We observe that at , , and , and is positive on the intervals and , while is negative on . The total change in position, , of the object is thus given by (b) Using computational technology, we use the midpoint rule to estimate the total change of position, . We find that , , , and . Since it appears that neither of the first two decimal places are changing as we increase the number of subintervals, it looks like is accurate to two decimal places. (c) We noted in (a) where is positive and negative. In particular, on , , and thus will give us a negative change in position; the distance traveled on this interval is therefore , and hence the total distance traveled, , on is (d) To use Riemann sums to estimate , we have to estimate each of the three integrals individually. We find that
이고 이라 하자.
(a) 구간 에서 의 그래프를 이름을 붙여 그리고, 에서 로 유계인 정확한 넓이를 값으로 갖는 정적분을 쓰세요. (b) 구간 에서 의 그래프를 이름을 붙여 그리고, 에서 로 유계인 정확한 넓이를 값으로 갖는 정적분을 쓰세요. (c) 에서 와 사이에 있는 영역의 정확한 넓이를 값으로 갖는, 정적분의 차를 포함한 식을 쓰세요. (d) (c)에서 쓴 식이 하나의 적분 와 같은 값을 갖는 이유를 설명하세요. (e) 일반적으로 의 모든 에 대해 이면, 와 사이의 정확한 넓이가 다음과 같이 주어지는 이유를 설명하세요.
Let and .
(a) On the interval , sketch a labeled graph of and write a definite integral whose value is the exact area bounded by on . (b) On the interval , sketch a labeled graph of and write a definite integral whose value is the exact area bounded by on . (c) Write an expression involving a difference of definite integrals whose value is the exact area that lies between and on . (d) Explain why your expression in (c) has the same value as the single integral . (e) Explain why, in general, if for all in , the exact area between and is given by
(a) 는 에서 양수이므로, 주어진 구간에서 이 함수와 축으로 유계인 넓이는 이다. 함수와 영역의 그래프는 아래와 같다.
(b) 마찬가지로 는 에서 양수이므로, 주어진 구간에서 이 함수와 축으로 유계인 넓이는 이다. 함수와 영역의 그래프는 아래와 같다.
(c) 위의 두 그림에서 두 곡선 사이의 정확한 넓이는 아래의 넓이()에서 아래의 넓이()를 뺀 것임을 알 수 있다. 즉,
(d) 같은 구간에서의 정적분의 합 법칙에 의해 다음이 성립한다.
따라서 오른쪽의 하나의 적분은 에서 두 곡선 사이의 정확한 넓이를 나타낸다.
(e) 일반적으로 에서 이면, 이 구간에서 와 사이의 정확한 넓이 는 다음과 같이 주어진다.
왜냐하면 이 넓이는 아래의 넓이()와 아래의 넓이()의 차로 구할 수 있고, (d)에서 보인 것처럼 두 정적분을 빼서 하나로 나타낼 수 있기 때문이다.
(a) Since is positive on , the area bounded by the function and -axis on the given interval is . A sketch of the function and region is shown below.
(b) Likewise, because is positive on , the area bounded by the function and -axis on the given interval is . A sketch of the function and region is shown below.
(c) From the above two figures, we see that the exact area between the two curves is the area under () minus the area under (). That is,
(d) By the sum rule for definite integrals over the same interval, we know that
and thus the latter single integral captures the exact area between the two curves on .
(e) In general, if on , the exact area, , between and on the interval will be given by
because we can find the area as the difference of the area under () and the area under (), and then subtract the two definite integrals as shown in (d).
함수 가 다음과 같이 구간별로 정의되어 있습니다.
(a) 구간 에서 와 축으로 둘러싸인 영역의 부호 있는 넓이의 합을 정확한 값으로 구하세요. (b) 구간 에서 의 평균값을 정확한 값으로 구하세요. (c) 위의 의 정의를 일 때 가 되도록 확장했을 때 이 성립하도록 하는, 에서의 함수 의 식을 구하세요.
A function is given piecewise by the formula
(a) Determine the exact value of the net signed area enclosed by and the -axis on the interval . (b) Compute the exact average value of on . (c) Find a formula for a function on so that if we extend the above definition of so that if , it follows that .
(a) 구간 에서 와 축으로 둘러싸인 영역의 부호 있는 넓이의 합은 이다. 아래 그림은 구간 에서 의 그래프를 나타낸 것이다. 구간 에서 의 정적분을 계산하기 위해 부분구간 과 에서의 적분을 생각한다. 이렇게 하고 미적분의 기본정리를 이용하면
(b) 구간 에서 의 평균값을 구하려면 먼저
를 계산해야 한다. (a)의 결과를 이용하고 부분구간 와 를 생각하면
따라서 구간 에서 의 평균값은
(c) 이므로, 와 같으면서 에서도 정의되어 를 만족하는 함수 가 필요하다. 연속성을 유지하기 위해 도 만족하도록 의 식을 택한다. 그래프가 둘러싸는 넓이가 단위가 되는 일차함수를 고르는 것이 자연스러우며, 이는 기울기의 크기가 인 함수이다. 확인을 위해 계산하면
따라서 에서 이고 에서 로 정의한 는 원하는 성질을 가진다. 의 그래프는 아래 그림과 같다.
(a) The net signed area enclosed by and the -axis on the interval is . The figure below shows a graph of on the interval . To calculate the definite integral of on the interval , we consider the integrals on the subintervals and . Doing so and using the Fundamental Theorem of Calculus,
(b) To find the average value of on we need to first calculate
Using our work in (a) and considering the subintervals and ,
Therefore, the average value of on is
(c) Since , we need a function that matches but that is also defined on so that . To preserve continuity, we will choose a formula for that also satisfies . It's natural to pick a linear function whose graph encloses units of area, so one that has a slope of . To check, we compute
So defined so that for and on has the desired property. A graph of is shown in the figure below.
항공기가 가능한 한 빠르게 상승하려고 할 때, 높은 고도일수록 공기가 희박하기 때문에 상승률(단위: 피트/분)은 고도가 높아짐에 따라 감소합니다. 아래는 어떤 단발 엔진 항공기의 성능 자료를 나타낸 표로, 여러 고도에서의 상승률을 보여 줍니다. 여기서 는 고도 에서의 비행기의 상승률을 나타냅니다.
| (피트) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (피트/분) |
고도 에 있는 비행기가 다음 1피트를 더 상승하는 데 필요한 시간(분)을 나타내는 새로운 함수 를 생각하세요.
(a) 에 대한 비슷한 값의 표를 만들고, 이 표가 위의 표와 어떤 관계가 있는지 설명하세요. 단위도 반드시 설명하세요. (b) 도함수가 인 함수를 정확하게 해석하세요. 입력은 무엇이고 출력은 무엇인지 설명하세요. 또한 이 함수가 우리에게 알려 주는 것이 무엇인지 쉬운 말로 설명하세요. (c) 그 값이 비행기가 고도 10,000피트까지 상승하는 데 필요한 시간(분)을 정확히 알려 주는 정적분을 구하세요. 이 정적분의 값이 왜 그러한 의미를 갖는지 분명하게 설명하세요. (d) 리만 합 를 이용하여 (c)에서 구한 정적분의 값을 어림하세요. 결과에 단위를 포함하세요.
When an aircraft attempts to climb as rapidly as possible, its climb rate (in feet per minute) decreases as altitude increases, because the air is less dense at higher altitudes. Given below is a table showing performance data for a certain single engine aircraft, giving its climb rate at various altitudes, where denotes the climb rate of the airplane at an altitude .
| (feet) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (ft/min) |
Let a new function called measure the number of minutes required for a plane at altitude to climb the next foot of altitude.
(a) Determine a similar table of values for and explain how it is related to the table above. Be sure to explain the units. (b) Give a careful interpretation of a function whose derivative is . Describe what the input is and what the output is. Also, explain in plain English what the function tells us. (c) Determine a definite integral whose value tells us exactly the number of minutes required for the airplane to ascend to 10,000 feet of altitude. Clearly explain why the value of this integral has the required meaning. (d) Use the Riemann sum to estimate the value of the integral you found in (c). Include units on your result.
(a) 주어진 상승률 의 단위는 피트/분이고, 새 함수 의 단위는 분/피트이므로 는 의 역수이다. 즉 이다. 따라서 다음과 같이 보완된 표를 얻는다.
| (피트) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (피트/분) | |||||||||||
| (분/피트) | |||||||||||
| (b) 어떤 함수가 주어졌을 때, 그 도함수의 단위는 “입력 단위당 출력 단위”임을 알고 있다. 의 단위가 “분/피트”이고 입력 단위가 “피트”이므로, 의 원시함수의 출력 단위는 “분”이어야 한다. 따라서 이 원시함수는 비행기가 피트의 고도까지 상승하는 데 걸리는 총 시간(분)을 알려 준다. | |||||||||||
| (c) 비행기가 피트의 고도까지 상승하는 데 필요한 시간(분)은 다음 정적분으로 주어진다. | |||||||||||
| 이는 의 단위가 “분/피트”이고 대응하는 리만 합에서 의 단위가 “피트”이므로, 이 단위를 가진 양들의 곱은 분 단위로 측정되는 수치가 되기 때문이다. | |||||||||||
| (d) 리만 합 에서는 부분구간이 개이다. 주어진 자료에서 이는 알려진 자료점을 하나씩 건너뛰며 함수의 값을 구해야 한다는 뜻이다. 구체적으로, | |||||||||||
| 따라서 비행기가 10,000피트의 고도까지 상승하는 데 분보다 조금 더 걸린다. |
(a) Since the given climb rate, , is in feet per minute, and the new function, , is measured in minutes per foot, it follows that is the reciprocal of , so . Hence we get the following updated table.
| (feet) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (ft/min) | |||||||||||
| (min/ft) | |||||||||||
| (b) Given an original function, we know that the units on its derivative are “units of input per unit of output”. Since the units on are “minutes per foot”, it follows that the antiderivative of should have output units of “minutes” since its input units are “feet”. The antiderivative function should thus tell us the total number of minutes that it takes for the plane to climb to an altitude of feet. | |||||||||||
| (c) The number of minutes required for the airplane to ascend to feet of altitude is given by the definite integral | |||||||||||
| since the units on are “minutes per foot” and the units on in the corresponding Riemann sum are “feet”, so when we take the product of quantities with these units, the resulting numerical quantity is measured in minutes. | |||||||||||
| (d) For the Riemann sum , we have subintervals. Given the original data, this means that we need to evaluate the function at every other known data point. In particular, | |||||||||||
| Thus, it takes the plane a bit more than minutes to climb to an altitude of 10,000 feet. |
해변의 작은 해양 공원에서 조수가 모래를 해변에서 쓸어 가는 비율은 다음 함수로 나타낼 수 있다.
양수 시설은 다음 함수로 나타낼 수 있는 비율로 해변에 모래를 보탠다.
와 는 모두 시간당 모래의 세제곱야드 단위로 측정하고, 는 시간 단위로 측정하며, 유효한 시간은 이다. 시각 일 때 해변에는 2500 세제곱야드의 모래가 있다.
(a) 시간 구간 동안 조수가 쓸어 가는 모래의 양을 나타내는 정적분은 무엇입니까? 그 이유는 무엇입니까? (b) 시각 에서 해변에 있는 모래의 총량(세제곱야드)인 에 대한 식을 쓰세요. 생각과 추론 과정을 자세히 설명하세요. (c) 시각 일 때 해변에 있는 모래의 총량(세제곱야드)은 순간적으로 얼마의 비율로 변하고 있는지 구하세요. (d) 시간 구간 에서 해변의 모래의 양이 가장 적은 때는 대략 언제 입니까? 그에 해당하는 최솟값은 대략 얼마입니까? 답을 충분히 설명하고 정당화하세요.
The tide removes sand from the beach at a small ocean park at a rate modeled by the function
A pumping station adds sand to the beach at rate modeled by the function
Both and are measured in cubic yards of sand per hour, is measured in hours, and the valid times are . At time , the beach holds 2500 cubic yards of sand.
(a) What definite integral measures how much sand the tide will remove during the time period ? Why? (b) Write an expression for , the total number of cubic yards of sand on the beach at time . Carefully explain your thinking and reasoning. (c) At what instantaneous rate is the total number of cubic yards of sand on the beach at time changing? (d) Over the time interval , at approximately what time is the amount of sand on the beach least? What is the corresponding approximate minimum value? Explain and justify your answers fully.
(a) 조수는 시간당 세제곱야드의 비율로 모래를 쓸어 가므로, 시간 구간 에서 의 단위가 "세제곱야드"임을 생각하면, 이 시간 구간 동안 쓸려 간 모래의 총량은 다음과 같다. (b) 모래가 쓸려 가기도 하고 보태지기도 하므로, 주어진 시각 까지 더해지거나 빠진 모래의 총량은 모래가 보태지는 비율과 쓸려 가는 비율의 차를 적분하여 구할 수 있다. 특히 해변에 있는 모래의 총변화량은 변화율의 정적분이므로, 시각 에서 해변에 있는 모래의 총량은 처음 양(2500 세제곱야드)에 총변화량을 더한 것과 같다. (c) 는 시각 에서 해변에 있는 모래의 총량을 나타낸다는 것을 안다. 따라서 시각 일 때 해변에 있는 모래의 총량(세제곱야드)의 순간변화율은 이다. 먼저 를 구한다. 미적분의 기본정리 제2부분에 의해 이므로 세제곱야드/시간이다. (d) 모래의 총량 함수 가 에서 최솟값을 갖는 곳을 찾기 위해 의 변화를 살펴본다. 이 구간에서 의 그래프를 그려 보면 에서 이고, 에서는 , 에서는 임을 알 수 있다. 따라서 는 에서 감소하다가 증가로 바뀌므로 구간 에서 그 지점에서 최솟값을 가진다. 또한 이다.
(a) Since the tide removes sand at a rate of cubic yards of sand per hour, on the time interval , it follows that since the units on are “cubic yards”, the total sand removed on this time interval is (b) Because sand is being both removed and added, we can determine the total amount of sand that has been added or subtracted up to a given time by integrating the difference between the the rates at which sand is being added and removed. In particular, since the total change in sand on the beach is the integral of the rate of change, we have that the total amount of sand on the beach at time is given by the original amount (2500 cubic yards) plus the total change: (c) We know that measures the total amount of sand on the beach at time . Thus, the instantaneous rate at which the total number of cubic yards of sand on the beach is changing at time is given by . We first compute . By the Second Fundamental Theorem of Calculus, we have and thus cubic yards per hour. (d) To find where the total sand function has its minimum value on , we look at the behavior of . Plotting on the interval, we see that at , and for , , and for , . Thus, changes from decreasing to increasing at and has an absolute minimum there on the interval . Furthermore, .